Eine große Herausforderung der Logistik innerhalb produzierender Unternehmen besteht in der Optimierung von Transportsystemen. Unternehmen sind in diesem Bereich aufgrund von Industrie 4.0 bereiter denn je, noch unbekannte Rationalisierungspotentiale zu finden und umzusetzen. Derzeit wird dem Einsatz von Drohnen in der innerbetrieblichen Logistik ein solches Potential zugeschrieben. Besonders im Umgang mit ungeplanten Materialtransporten für Fehlteile in Montagen oder Ersatzteile für Reparaturen könnten sich die unbemannten Luftfahrzeuge als Problemlöser erweisen. Der Einsatz von Drohnen ist jedoch vor allem in Fabrikhallen ein noch weitgehend ungeklärtes Gebiet.
Drohnen, Intralogistik, Transport
Zur Herstellung hybrider Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften wurde eine durch Finite-Elemente-Simulation unterstützte Prozesskettengestaltung untersucht. Diese umfasst die Prozessschritte Querkeilwalzen, Heißgeometrieprüfung, Induktionshärtung und Ermüdungsprüfung. Die Prozesskette ermöglicht den Einsatz von Werkstoffkombinationen wie hochfeste Stähle mit kostengünstigen und leicht zu verarbeitenden Stählen. Hier wird das Plasma-Pulver-Auftragschweißen eingesetzt, um die Prozesskette mit hybriden Halbzeugen aus verschiedenen Stahlgüten zu versorgen. Es wird ein Überblick über die numerischen Ansätze zur Berücksichtigung der verschiedenen physikalischen Phänomene in jedem der Prozessschritte gegeben. Die Eigenschaften des Bauteilverhaltens wurden mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) und theoretischen Ansätzen untersucht.
Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming
Für die industrielle Etablierung mehrdirektionaler Schmiedeprozesse sind Kenntnisse über zu erwartende Standmengen und eine wirtschaftliche Fertigung essenziell. In diesem Beitrag wird der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf das Verschleißverhalten von Schieberwerkzeugen innerhalb einer Simulationsstudie erarbeitet. Die Ergebnisse erlauben eine Identifikation verschleißinduzierender Prozessparameter und eine optimierte Prozessauslegung in Bezug auf die resultierende Standmenge.
Verschleiß, Schieberwerkzeuge, Schmiedeprozesse
Verfahrenstechniken zur Verbesserung der Herstellung thermoelektrischer Generatoren (TEG) sind ein wachsendes Forschungsgebiet. In diesem Beitrag wird ein anpassungsfähiger und skalierbarer Prozess vorgestellt, der Sprühbeschichtung und Laserstrukturierung für eine schnelle und einfache TEG-Herstellung umfasst. Das entwickelte Verfahren kombiniert additive und subtraktive Verfahrenstechniken zu einem anpassungsfähigen keramikbasierten TEG, das bei hohen Temperaturen einsetzbar ist und ein hohes Optimierungspotenzial aufweist. Als Prototyp wurde ein TEG auf Basis von Ca3Co4O9 (CCO) und Ag auf einem Keramiksubstrat hergestellt. Es wurde eine mikrostrukturelle und thermoelektrische Charakterisierung gezeigt, die bis zu 1,65 μW cm-2 bei 673 K und einem ΔT von 100 K erreicht. Die hohe Kontrollierbarkeit des entwickelten Verfahrens ermöglicht auch die Anpassung an verschiedene Arten thermoelektrischer Materialien.
Thermoelektrik, Laserstrukturierung
In dieser Arbeit stellen wir eine Anwendung der virtuellen Elementmethode (VEM) auf einen Umformprozess von metallischen Hybridstrukturen durch Querkeilwalzen vor. Die Modellierung dieses Prozesses ist in ein thermomechanisches Gerüst eingebettet, das großen Verformungen ausgesetzt ist. Da Umformprozesse meist große Verschiebungen innerhalb eines plastischen Regimes beinhalten, ergibt sich die Schwierigkeit einer genauen numerischen Behandlung. Die VEM zeigt eine stabile, robuste und quadratische Konvergenzrate unter extremen Belastungsbedingungen in vielen Bereichen der numerischen Mechanik. Numerisch wird der Umformprozess durch die Zuweisung zeitabhängiger Randbedingungen erreicht, anstatt die Kontaktmechanik zu modellieren, was zu einer vereinfachten Formulierung führt. Basierend auf den beiden metallischen Kombinationen von Stahl und Aluminium werden in den Simulationen unterschiedliche Materialeigenschaften berücksichtigt. Der Zweck dieses Beitrags besteht darin, die Wirksamkeit eines solchen berührungslosen makroskopischen Rahmens durch die Verwendung geeigneter Randbedingungen innerhalb eines virtuellen Elementschemas zu veranschaulichen. Ein Vergleich mit der klassischen Finite-Elemente-Methode (FEM) wird durchgeführt, um die Effizienz des gewählten Ansatzes zu demonstrieren. Die in dieser Arbeit vorgeschlagenen numerischen Beispiele stammen aus dem DFG-Sonderforschungsbereich (SFB) 1153 "Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming".
Simulation, FEM, Umformtechnik, Tailiored Forming
Das hybride Verbundschmieden von Aluminiummassivteil und Stahlblechen ist eine Kombination aus Materialleichtbau und strukturellem Leichtbau. Bei diesem Verfahren werden ein Aluminiummassivteil und ein Stahlblech kombiniert und gleichzeitig umgeformt. Durch das Umformen wird unter Verwendung von Zink als Lotmaterial eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt. Dadurch wird die Bildung spröder intermetallischer Fe-Al-Phasen sowie Kontaktkorrosion verhindert. Die Zinkschicht wird durch Schmelztauchen auf das Aluminiummassivteil aufgebracht. Um durch Umformen eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen, werden in ersten experimentellen Versuchen geeignete Parameter wie z.B. die Umformtemperatur ermittelt. Schliffbilder zeigten, dass die Zinkschicht nach der Umformung noch intakt ist. In dieser Veröffentlichung wird die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Umformschritte und unterschiedlicher Geometrien der Aluminiummassivteiloberfläche auf die Verbindungsfestigkeit beschrieben. Die Umformversuche zeigen, dass eine weitere Umformung des Aluminiummassivteils, die zu einer größeren Verformung führt, zu einer stärkeren Verbindung zwischen beiden Fügepartnern führt. Es gibt jedoch eine Grenze für die Umformung, da sich die aufgebrachten Kräfte auf das Stahlblech übertragen können, was zu einer unbeabsichtigten Verformung führen kann. Die erzeugten Hybridteile werden auf ihre Fähigkeit zur weiteren Umformung geprüft. Daher werden die gefügten Hybridteile einem Tiefziehprozess unterzogen, um festzustellen, ob die Verbindung einer weiteren Verformung des Hybridteils standhält.
Aluminium, Hybridschmieden, Leichtbau, Hybrid
Wenn Unternehmen während der Fabrikplanung schon ein passendes Transportsystem auswählen, können sie nachträgliche Anpassungen vermeiden und viel Zeit und Kosten sparen. Das IPH entwickelt einen Softwaredemonstrator für die automatisierte Layout- und Transportsystemplanung.
Fabrikplanung, Fuzzy Logik, Transportmittelauswahl, Routenplanung
Die branchenübergreifende Digitalisierung der Wirtschaft führt nicht nur zur Entstehung innovativer Produkte und Dienstleistungen, sondern auch zu einem Wandel bestehender Marktlogiken. Insbesondere digitale Plattformen werden in zunehmendem Maße als Wachstums- und Innovationstreiber des digitalen Wandels betrachtet. Durch die Verknüpfung der Sharing Economy in Form des Kapazitäten-Sharings mit digitalen Plattformen können Unternehmen ihre freien bzw. benötigten Kapazitäten überbetrieblich ver- bzw. einkaufen und damit Negativfolgen der Unter- bzw. Überlastung, wie z. B. Kurzarbeit oder Überstunden, entgegenwirken.
Kapazitätensharing
Glühend heiße, kiloschwere Stahlteile zu handhaben ist körperlich belastend. Eine neuartige Schmiedezange soll Belastungen bei der Arbeit reduzieren, Schmerzen vorbeugen und den Krankenstand senken.
Schmieden, Ergonomie, Belastungsreduktion
Die Auswahl von Lager-, Kommissionier- und Transportsystemen (LKT-Systeme) ist aufgrund der hohen Anzahl an zur Verfügung stehenden Systemen am Markt und zu betrachtenden Einflussfaktoren sehr komplex. Ein wichtiger Einflussfaktor ist die Automatisierung. Zur Einordnung der Automatisierungsgrade von LKT-Systemen und zur Bestimmung der individuell notwendigen Automatisierung wird folgend eine Methode vorgeschlagen.
Automatisierung, Lager, Kommissionier und Transportsysteme
Die Investitionskosten für die Fertigung von Spritzgusswerkzeugen sind die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Werkzeug für die Massenproduktion geeignet ist. Wenn die Werkzeugkosten zu hoch sind, kann es sein, dass ein Produkt für die Produktion nicht rentabel ist. Wenn die Werkzeugkosten vom Werkzeugbauer zu niedrig veranschlagt werden, kann dies Auswirkungen auf den Vertrag haben.
Das Ziel dieser Forschung ist es, eine Methode mit menschenähnlicher Angebotsgenauigkeit zu entwickeln, eine Standardisierung zu erreichen, historische Angebotsdaten zu berücksichtigen und die Angebotsprozesszeiten zu verkürzen. Der entwickelte maschinelle Lernansatz basiert auf Geometriedaten von Teilen und zusätzlichen Meta-Informationen.
Spritzgießen, Werkzeugbau, Industrie 4.0
Das Ziel des Teilprojektes B1 des Sonderforschungsbereiches (SFB) 1153 ist die Ermittlung der Umformbarkeit neuartiger hybrider Halbzeuge mittels des inkrementell umformenden Querkeilwalzens. Hauptaspekt ist die Umformung verschieden hergestellter Hybridhalbzeuge aus Stahl, Aluminium und Hartwerkstofflegierungen. Zur Reduktion des Bauteilgewichts ist es durch die Verwendung hybrider Halbzeuge möglich, weniger belastete Segmente eines zuvor monolithischen Bauteils aus einem Leichtmetall zu fertigen. Zur Erhöhung des Verschleißwiderstandes kann ein Bauteilbereich (z. B. ein Lagersitz) mit einem Hartwerkstoff ummantelt werden. Darüber hinaus sollen zukünftig Prozessgrößen (z. B. Temperatur und Kraft) im Werkzeug-Werkstück-Kontakt gemessen werden. Für die verwendeten Halbzeuge gibt es primär zwei Werkstoffanordnungen: ummantelt (koaxial - Demonstrator Welle 1) und stirnseitig gefügt (seriell - Demonstrator Welle 3). Eine Herausforderung ist die für die Umformung notwendige Erwärmung der Halbzeuge, da das Hybridhalbzeug aufgrund der verschiedenen Werkstoffe unterschiedliche Fließwiderstände besitzt und ggf. inhomogen erwärmt werden muss, um eine gleichmäßige Umformung zu ermöglichen.
Umformtechnik, Querkeilwalzen, Hybride Halbzeuge, Tailored Forming
Der Sonderforschungsbereich 1153 „Tailored Forming“ am Institut für Integrierte Produktion Hannover erschließt weiteres Potenzial hybrider Massivbauteile. Auf Basis eines neuartigen Fertigungsablaufs sollen maßgeschneiderte, bereits vor der Formgebung gefügte Halbzeuge eingesetzt werden.
Tailored Forming, Querkeilwalzen, Umformtechnik, Aluminium, Stahl
Methoden zur Qualitätssicherung sind ein zentraler Erfolgsfaktor für die weitere Industrialisierung der Additiven Fertigung. In diesem Beitrag wird ein Ansatz für ein optisches Prüfsystem vorgestellt, welches die Prozessgüte bei der additiven Materialextrusion schichtweise während der Herstellung überwacht. Die Prüfaufgabe wird analysiert, Hardwarekomponenten für die Datenerfassung werden konzeptioniert und ein erster Schritt zur texturanalytischen Fehlerdetektion wird vorgestellt.
Additive Fertigung, 3D-Druck, Materialextrusion, Fused Deposition Modeling, Bildverarbeitung
Wie ergonomisch ist mein Arbeitsplatz? Wissenschaftler aus Hannover haben eine Bewertungssoftware entwickelt, mit der sich diese Frage schnell und objektiv beantworten lässt. Der digitale Ergonomiebewerter hilft vor allem kleinen und mittleren Unternehmen: In Zukunft können sie ohne großen Aufwand Ergonomiebewertungen durchführen, um ihre Montage-Mitarbeiter vor Rücken- und Knieschmerzen, Sehnenscheidenentzündungen oder ähnlichen Problemen zu schützen.
Ergonomiebewertung, Industrie 4.0, 3D-Kamera
Dank digitaler Assistenten können auch gering qualifizierte Arbeitskräfte komplexe Tätigkeiten ausführen – das zeigt das Beispiel der SCHUBS GmbH. Das Unternehmen fertigt maßgeschneiderte Schaltschränke und ist ein wichtiger Arbeitgeber für Menschen mit Behinderungen. Damit diese in Zukunft verantwortungsvollere Tätigkeiten übernehmen können, möchte Schubs ein digitales Assistenzsystem einführen. Das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hannover hat dafür den Demonstrator entwickelt.
Assistenzssysteme, Digitalisierung
Die Digitalisierung von Prozessen und die Vernetzung von Anlagen stellt für viele Kleinunternehmen eine große Herausforderung dar. Der Umbruch zur Industrie 4.0 erfasst neben klassischen Produktionsbetrieben immer stärker auch Zweige, die bisher nicht ausreichend als Anwender für smarte Technologien und IoT berücksichtigt wurden. Moderne Reitanlagen managen komplexe Zeit- und Futterpläne, tracken Bewegungsdaten, analysieren Temperaturen und andere Messgrößen oder überwachen Weidezäune.
Für all diese anspruchsvollen und aufwendigen Vorgänge existiert bisher jedoch kein Instrument um diese effizient, zentral und einfach zu steuern. Ludwig und Partner Reitanlagen und das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hannover haben in Zusammenarbeit ein Konzept für eine niederschwellige Vernetzung solcher Anlagen entwickelt. Mit diesem sollen Chancen der Digitalisierung besser zugänglich und ein wirtschaftlicher Betrieb bei einer tiergereichten Haltung sichergestellt werden
Digitalisierung, Internet of Things, IoT, Vernetzung, Retrofit
Ob beim Transport von Salz, Zucker oder jedem anderem Schüttgut sind Gurtförderanlagen ideal um einen stetigen Massenstrom zu realisieren. Wichtiger Bestandteil von Gurtförderanlagen sind Tragrollen. Diese stützen den Gurt und das darauf befindliche Schüttgut. Zur Untersuchung von Tragrollen hat das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) einen Prüfstand entwickelt.
Tragrollen, Schüttgutfördertechnik, Tragrollenprüfungen
Bis heute ist die Auslegung von Vorformen für Gesenkschmiedeprozesse ein zeitaufwändiger und manueller Trial-and-Error Prozess. Die Qualität der Vorform ist dabei maßgeblich abhängig vom konstruierenden Ingenieur. Gleichzeitig besitzt die Vorform einen großen Einfluss auf das spätere Schmiedeergebnis. Um unabhängig von der Erfahrung des Ingenieurs und zeitaufwändigen Optimierungsprozessen zu werden, präsentiert und untersucht dieser Artikel einen Algorithmus zur Vorformoptimierung von querkeilgewalzten Vorformen. Der Algorithmus berücksichtigt dafür die Massenverteilung des fertigen Bauteils, das Vorformvolumen, die Komplexität der Vorformkontur, die Auftrittswahrscheinlichkeit von Falten im fertigen Bauteil und den notwendigen Gratzuschlag. So bildet sich ein multikriterielles Optimierungsproblem, das zu einem großen Suchraum führt. Daher wird ein evolutionärer Algorithmus zur Optimierung verwendet. Der entwickelte Algorithmus wird anhand eines Pleuels getestet, um den Einfluss der Algorithmusparameter zu bestimmen. Es zeigt sich, dass der Algorithmus in der Lage ist, innerhalb einer Minute eine geeignete Vorform hinsichtlich der gegebenen Kriterien, auszulegen. Darüber hinaus zeigen zwei der fünf Algorithmusparameter, der Selektionsdruck und die Populationsgröße, einen signifikanten Einfluss auf die Laufzeit und Qualität der Optimierung.
Vorformoptimierung, Genetischer Algorithmus, Querkeilwalzen, Adaptiver Grat
Eine produktabhängige, individuelle Prozessentwicklung stellt in der Lasermaterialbearbeitung einen Hauptkostentreiber dar. In einem FQS-geförderten Projekt wird daher das Expertensystem SmQL entwickelt, in dem sich Prozesswissen formalisiert speichern und in Regelform repräsentiert lässt. Das soll Zeiten für den Einrichtprozesse minimieren und langfristig Wissen im Unternehmen sichern.
Expertensystem, Industrie 4.0, Lasermaterialbearbeitung
